자유항주(자유 실행) 선박 시뮬레이션에서 조타기 및 추진기 회전에 대한 PID 제어 이득은 종종 표준화된 절차 없이 경험적으로 선택되어, 다양한 운항 조건에서 일관되지 않은 결과가 나타나는 경우가 많다. 본 연구는 STAR-CCM+를 사용하여 시뮬레이션 프레임워크를 구현함으로써 PID 제어 이득을 조사하였다. 제어 이득을 도출하기 위해 지글러–니콜스(Ziegler–Nichols) 튜닝 방법을 적용하였고, 그 거동을 다양한 파랑 조건(잔잔한 파, 단파, 중간 파, 장파), PID 주기 조건, 선박 속도(저속 및 설계 속도), 그리고 축척 비(scale ratio) 전반에서 분석하였다. 시뮬레이션 결과, 중간 정도의 파랑 조건에서 도출된 PID 이득은 다양한 해상 상태에서 안정적이고 신뢰할 수 있는 제어 성능을 제공하는 것으로 나타났다. 또한 축척 비 변화가 제어 성능에 미치는 영향을 평가하였으며, 서로 다른 모델 크기에서의 적용성을 높이기 위해 PID 계수에 대한 무차원 스케일링 공식(non-dimensional scaling formula)을 제안하였다. 실험 데이터와의 검증을 통해 시뮬레이션 설정의 신뢰성이 확인되었다. 이러한 결과는 자유항주 시뮬레이션에서 PID 제어 이득을 선택하기 위한 체계적인 지침을 제공하여, 다양한 환경 및 운항 조건에서의 정확도와 안정성을 향상시키는 데 기여한다. 본 연구는 현실적인 해상 환경에서 기동 성능 평가를 위한 표준화된 관행을 개발하는 데에도 기여한다.

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